Fabrik 4.0 Produzieren in der intelligenten Fabrik: Keine Mauern für die Daten

Autor / Redakteur: Florian Gruber * / Franz Graser

Individuell und effizient produzieren – das können Fertigungsunternehmen mit intelligenten Fabriken. Doch die funktionieren nur, wenn alle Prozesse und Technologieebenen durchgängig vernetzt sind.

Firma zum Thema

Die Fabrik der Zukunft ist smart.
Die Fabrik der Zukunft ist smart.
(Bild: Pixabay / CC0 )

Wie lauten die grössten Herausforderungen mittelständischer Fertigungsunternehmen in Deutschland? Individuelle Kundenwünsche und Effizienzdruck. Das ist das Ergebnis einer Umfrage des Marktforschungsinstituts PAC. Konnten Serienfertiger früher standardisierte Produkte am laufenden Band fertigen, verlangen sowohl Geschäftskunden als auch Endverbraucher heute Lösungen und Produkte, die sie selbst nach ihren Anforderungen designen können, zum Beispiel spezielle Maschinensteuerungen oder individuelle Ersatzteile. Zudem wünschen sich Endkunden, dass sie bei Bedarf bestellte Produktkomponenten auch noch ändern können, wenn sich das Produkt bereits in der Fertigung befindet.

Einzelfertiger hingegen stehen vor der umgekehrten Herausforderung: Sie arbeiten bereits mit der Losgrösse 1 – der individuellen Produktion. Doch um sich im internationalen Wettbewerb behaupten zu können, müssen sie ihre Fertigung optimieren. Im Fokus stehen dabei zum einen eine stärkere Auslastung ihrer Produktionsmaschinen, kürzere Durchlaufzeiten und höhere Termintreue. Zum anderen gilt es, Teile der Wertschöpfungskette wie Entwicklung, Beschaffung und Fertigung enger zu vernetzen, um bei Zeitdruck auch parallel arbeiten zu können.

Von der linearen Prozesskette zum Netzwerk

Wie also machen Serienfertiger ihre effiziente Produktion individueller und flexibler? Und Einzelfertiger ihre individuelle Produktion effizienter? Erste technologische Entwicklungen weisen bereits die Richtung zur «Smart Factory». Die smarte Fabrik steht für die Selbstorganisation von Fertigung und Logistiksystemen mit neuer Wertschöpfung: Lineares wird vernetzt, aus Kette wird Netzwerk. Wie genau die intelligente Fabrik aussieht, hängt von den jeweiligen Anforderungen des Unternehmens ab. Doch eines ist im Zeitalter der Digitalisierung deutlich erkennbar:

Bildergalerie

Wer in Zukunft wettbewerbsfähig bleiben will, kommt um diese Entwicklung nicht herum. Neun von zehn Maschinenbauunternehmen – kleine, mittlere und grosse – sehen deutliche Chancen, sich mit Industrie 4.0 am Markt zu differenzieren. Das ist das Ergebnis eine Studie der Impuls-Stiftung des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA). Doch, so die Studie, bei Smart Factory stehe mehr als die Hälfte der Unternehmen noch am Anfang.

Die Smart Factory kann ihr Potenzial aber nur ausschöpfen, wenn die ganze Wertschöpfungskette sowie alle Unternehmensebenen inklusive Mitarbeitern und Maschinen vernetzt werden – auch über Firmengrenzen hinaus. Vernetzung und Integration müssen also sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen.

Vision und Praxis der digitalen Transformation

Auf horizontaler Ebene sprechen alle Teile der Wertschöpfungskette miteinander, also zum Beispiel Entwicklung, Service und Fertigung. Ein Beispiel: Das Lager kennt das aktuelle Produktionsprogramm und bestellt automatisch Nachschub, sobald das Rohmaterial für die Fertigung zur Neige geht. Oder das Qualitätssicherungssystem bezieht für eine Datenanalyse die Daten aus der Produktion und aus der Qualitätsprüfung ein. Registriert es ungleichmässige Oberflächen bei Schweissnähten, kann die mögliche Fehlerquelle frühzeitig identifiziert und schon vor Auftreten des ersten Mangels der Schweissroboter ausgetauscht werden.

In vertikaler Richtung arbeiten alle Technologie-Ebenen zusammen: von der einzelnen CNC-Maschine über die Netzinfrastruktur bis hin zu den Unternehmensanwendungen. Eine grosse Rolle spielen dabei auch Cloud-Dienste: 25 Prozent der Unternehmen im verarbeitenden Gewerbe planen laut der IDC-Studie «Industrie 4.0 in Deutschland 2015», Cloud Computing im Rahmen von Industrie 4.0 zu nutzen. So ermöglichen sie die gemeinsame Speicherung, Verarbeitung und den Zugriff auf Daten. Die Folge: Statt wie bisher mit manuellen Schnittstellen zu arbeiten oder mit erheblichen Medienbrüchen zu kämpfen, finden in der Smart Factory etwa die Stücklisten des ERP-Systems (Enterprise Ressource Planning) Eingang in die Produktionsaufträge im MES (Manufacturing Execution System). Dieses ist wiederum direkt mit der Maschinenebene (Shop Floor) verbunden ist und erhält von dort Rückmeldungen.

Die Umsetzung: Evolution statt Revolution

Doch wie setzen Unternehmen diese Vision am besten um? Die wenigsten intelligenten Fabriken entstehen neu auf der grünen Wiese. Vielmehr geht es Unternehmen darum, bestehende Werke zu digitalisieren. Und die verfügen bereits über Maschinen und Unternehmenssoftware. Um den Schritt von der klassischen zur Smart Factory zu vollziehen, werden Unternehmen in den kommenden zehn Jahren 40 bis 50 Prozent ihrer Maschinen aufrüsten oder ersetzen. Das schätzten deutsche, US-amerikanische und japanische Unternehmen in der Umfrage «Industry 4.0 Global Expert Survey 2015» des Beratungsunternehmens McKinsey. Bei der dritten industriellen Revolution – der Automatisierung – waren es noch 80 bis 90 Prozent gewesen.

Bestehende Werke von heute auf morgen umzustellen, macht oft keinen Sinn. «Die Kosten eines Produktionsstillstandes sind hoch», schreibt McKinsey. «Deswegen wird der Wechsel eher schrittweise erfolgen.» Das heisst konkret: Unternehmen implementieren nach und nach Einzellösungen wie die Warenverfolgung. Oder sie bauen neue Services im Aftersales-Bereich auf: Ein Anlagenbauer etwa kann heute seine Maschinen mit Sensoren und Konnektivität ausstatten, ihren Zustand aus der Ferne zentral überwachen und bei Bedarf sogar Konfigurationen online ändern.

Erfolgskritisch ist aber am Ende, die unterschiedlichen Lösungsbausteine nahtlos zu einer Gesamtlösung zu verbinden. Nur durch eine solche Ende-zu-Ende-Integration lassen sich Produktionsprozesse schneller, agiler und transparenter gestalten.

Vorkonfigurierte Plattformen leisten Unterstützung

Besonders für mittelständische Unternehmen lohnt es sich bei dieser Transformation, auf eine vorkonfigurierte IoT-Plattform (Internet of Things) zu setzen. Dadurch gewährleisten sie, dass ihre intelligente Fabrik auf dem neuesten Stand der Technik und höchsten IT-Sicherheit-Standards aufbaut. Eine Plattform stellt alle nötigen Technologien skalierbar und standardisiert zur Verfügung: Module und Gateways zum Vernetzen der Maschinen, Netzverbindungen, Cloud-Server, Datenanalyse sowie ein Online-Benutzerportal.

Die Entwicklung eines international anerkannten Standards für die Kommunikation zwischen den Maschinen läuft unterdessen weiter auf Hochtouren – zum Beispiel innerhalb der deutschen «Plattform Industrie 4.0» von Wirtschaft, Verbänden, Wissenschaft und Politik. Auch die Telekom engagiert sich dort für die Standardisierung der Industrie 4.0.

Der Weg zur Smart Factory stellt jedoch nicht nur eine technische Umstellung dar. Unternehmen müssen auch Geschäftsprozesse, Methoden und Mitarbeiter weiterentwickeln. Das bedeutet einen grossen Umbruch. Deswegen empfiehlt es sich, einen erfahrenen Transformationspartner an der Seite zu haben.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Schweizer Maschinen Markt SMM erschienen.

* Florian Gruber ist Senior Vice President SI Sales Automotive & Manufacturing im Solution Consulting bei T-Systems.

(ID:44392310)